|
3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Военные США смогли передать без проводов… Самое интересное в обзорах 22.04.2022 [10:52], Геннадий Детинич Военно-морская исследовательская лаборатория США (NRL) провела два эксперимента по беспроводной передаче электроэнергии на дальность один километр. По словам исследователей, это был самый масштабный опыт подобного рода за последние 50 лет: с помощью микроволнового излучения по воздуху было передано 1,6 кВт мощности. Передающая антенна. Источник изображения: NRL Идее и опытам по передаче энергии без проводов свыше ста лет. Пионером этого направления, в частности, был Никола Тесла, который для масштабных экспериментов в 1901 году начал строить башню Ворденклиф, позже получившей неофициальное название «Башни Тесла». Для повышения эффективности беспроводных установок по передаче энергии учёные NRL выбрали рабочую частоту излучения на уровне 10 ГГц. Такая частота снижает уровень затухания микроволн даже в плохую погоду во время сильных осадков, что позволяет сохранять КПД на приличном уровне — потери не превышают 5 %. Также работа в диапазоне 10 ГГц разрешена как безопасная для живых организмов — животных и людей, что не требует создания систем прерывания передачи, если в зону луча попадает человек, птица или зверь. Конкретный проект по беспроводной передаче энергии — Safe and Continuous Power bEaming — Microwave (SCOPE-M) — стартовал по заказу Министерства обороны США. Недавно одна из опытных установок — передатчик и приёмник — была развёрнута на исследовательском полигоне армии США в Блоссом-Пойнт, штат Мэриленд, а вторая — на передатчике Haystack Ultra Wideband Satellite Imaging Radar (HUSIR) в Массачусетском технологическом институте. Приёмная антенна (ректенна). Источник изображения: NRL Работа с установками военных подчёркивает первичную цель проекта — обеспечение питанием военных формирований на переднем крае, куда доставлять обычными путями топливо опасно. В перспективе подобные установки могут появиться на космических электростанциях на орбите Земли, чтобы оттуда снабжать электричеством земные объекты. «Хотя SCOPE-M был наземным каналом передачи энергии, он стал хорошим доказательством концепции космического канала передачи энергии, — сказал Брайан Тирни (Brian Tierney), инженер-электроник SCOPE-M. — Главным преимуществом передачи энергии из космоса на Землю для Министерства обороны является уменьшение зависимости от поставок топлива для войск, которые могут быть уязвимы для атак». Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1064481/voennie-ssha-ispitali-sovremennuyu-versiyu-bashni-tesla-peredali-bez-provodov-16-kvt-energii-na-odin-kilometr Рубрики: Теги: ← В |
Установка в Блоссом-Пойнт показала КПД 60 %. Опыт в MIT сопровождался меньшей пиковой эффективностью, но продемонстрировал более высокий средний уровень передаваемой мощности, поэтому в целом приёмником было получено больше энергии.
ученые спрогнозировали развитие беспроводных технологий
Спутники, собирающие солнечную энергию, ректенны, лазеры и даже микроволновой метод — исследователи со всего мира пытаются воплотить в жизнь задумку ученого Теслы, который предвидел возможность передачи энергии без проводов.
Related video
Беспроводное электричество — мечта столетней давности, которая может стать реальностью в ближайшие годы.
Появление беспроводной зарядки, электромобилей, 5G и необходимость внедрения концепции устойчивого развития привели к созданию работоспособных технологий беспроводной передачи данных. Над такими проектами сегодня работают компании из разных стран мира — от американской Wave Inc. до японской Space Power Technologies и новозеландского энергетического стартапа Emrod. Некоторые системы уже проходят испытания, и будет интересно посмотреть, кто окажется первым в этой гонке и предложит эффективное, экономичное и жизнеспособное беспроводное решение для электроснабжения.
«Прежде чем перейти к рассмотрению методов беспроводной передачи электроэнергии, стоит разобраться в основной концепции этой технологии», — считает колумнист interestingengineering.com Рупендра Брахамбхатт.
Никола Тесла — автор революционной идеи передачи электроэнергии по воздуху
В 1891 году изобретатель Никола Тесла разработал катушку Теслы (Tesla coil) — резонансный трансформатор, передающий электроэнергию без проводов, но только на короткие расстояния.
Из-за ограниченного потенциала она не нашла практического применения. Но ученый не собирался сдаваться и разработал проект энергетической установки, которая могла бы проводить высоковольтную беспроводную передачу энергии (WPT). Экспериментируя со станцией, Тесла пытался передавать с ее помощью сообщения по беспроводной сети на большие расстояния. К сожалению, инвестор JP Morgan отказался предоставить дополнительные средства для тестов, и в 1906 году проект был закрыт, а затем снесен.
Никола Тесла в лаборатории в Колорадо-Спрингс
Никола Тесла умер в 1943 году, не сумев до конца реализовать свою идею о беспроводном электричестве, но за последние 100 лет ряд экспериментов и исследований доказали, что изобретатель, возможно, был на правильном пути в своем подходе к использованию земли в качестве среды для беспроводной передачи энергии.
Сегодня разрабатываются различные методы беспроводной передачи энергии, и продолжаются исследования по их широкомасштабному внедрению. Рассмотрим самые популярные из них.
Солнечная спутниковая передача энергии
Данный метод предполагает использование спутников, выводимых на высокую околоземную орбиту. По идее, спутник должен преобразовывать солнечный свет в энергию, состоящую из микроволн. Эти микроволновые сигналы затем будут передаваться на антенну или на главную станцию энергосистемы, находящуюся на Земле. Оттуда сигналы будут передаваться на базовую станцию электросети, которая преобразует микроволны в электричество постоянного тока. На сетевой станции электричество также будет преобразовано в пакеты энергии, аналогичные пакетам данных в Интернете, которые будут передаваться в отдельные дома и храниться в специальных энергоприемниках.
«Недавно Калифорнийский технологический институт заявил, что пожертвует $100 млн на проект Space Solar Power Project, направленный на создание спутниковой беспроводной сети, работающей на базе микроволнового излучения и способной обеспечивать бесперебойную подачу электроэнергии в любую точку планеты», — пишет Брахамбхатт.
Передача микроволновой энергии
В этом методе микроволновое излучение преобразуется в электроэнергию постоянного тока с помощью микроволнового приемника и выпрямителя постоянного тока. Наивысший КПД, достигнутый при передаче микроволновой энергии, составил 84%, что было зарегистрировано в 1975 году группой ученых из Японии, но системы с более высокой выходной мощностью имели более низкий КПД. Следующая цель — добиться высокоэффективной передачи энергии на большие расстояния.
По словам колумниста, исследование, опубликованное в августе 2021 года в Университете Цукуба (Япония), показывает, что микроволновое излучение высокой энергии может выступать в качестве эффективного беспроводного источника энергии для запуска ракет в космос. Когда ракета отправляется в космос, на долю топлива приходится около 90% ее веса, и эту нагрузку можно устранить, используя эту технологию беспроводной связи на основе микроволновой энергии.
Лазерная передача электричества
Лазерная передача позволяет фотоэлектрическому приемнику принимать лазерные лучи и генерировать из них электрическую энергию.
Достоинством лазерной передачи энергии является то, что лазерными лучами можно легче управлять для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния.
Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн
Энергетический стартап Emrod скоро протестирует прототип беспроводной энергетической инфраструктуры в Новой Зеландии. Если испытание пройдет успешно, это станет большим толчком для реализации планов правительства по созданию беспроводной передачи энергии по всей стране.
Инженеры разработали технологию, в которой используется беспроводная сеть антенн и выпрямляющих антенн (ректенн), переносящих энергию в виде электромагнитных волн дальнего действия от одной точки к другой. По заявлению компании, «лазерная защитная завеса малой мощности гарантирует, что передающий луч немедленно отключается до того, как какой-либо преходящий объект (например, птица или вертолет) достигнет главного луча, гарантируя, что он никогда не коснется чего-либо, кроме чистого воздуха».
«В компании утверждают, что эта технология подходит для гористой местности Новой Зеландии и ее погодных условий. Технология беспроводной передачи электроэнергии на основе ректенн подойдет для регионов, где традиционные электрические сети не могут быть установлены из-за финансовых или географических ограничений. Но препятствия на пути развития инфраструктуры Emrod все же есть: стартапу предстоит убедить людей, что излучение им не навредит», — сообщает колумнист.
Другие новаторские инициативы в области беспроводной передачи энергии
Питание для электрокаров от Wireless Advanced Vehicle Electrification (WAVE)
Американская компания WAVE производит решения для беспроводной связи для электромобилей средней и большой мощности. Зарядные системы могут быть установлены под землей, под дорогами или на парковках, и способны обеспечивать беспроводную мощность до 1 МВт. Данная технология уже проходит тестирование.
Солнечная спутниковая система Beyond Earth
Этот некоммерческий исследовательский институт предложил идею создания полностью функциональной системы передачи энергии через солнечные спутники.
Институт утверждает, что предлагаемая беспроводная система может обеспечивать работу промышленных предприятий на Земле, а также поможет покорителям Луны.
Предлагаемая энергетическая система будет состоять из двух основных блоков: спутника, получающего энергию от Солнца и обрабатывающего ее через свои фотоэлектрические элементы, концентраторы и субблоки, и приемника-ректенны, передающего энергию на Землю или Луну в соответствии с требованиями.
Институт планирует завершить строительство предлагаемой солнечной спутниковой беспроводной системы электроснабжения к 2030 году.
Намагниченный бетон Magment
Департамент транспорта Индианы объединил усилия с Университетом Пердью и немецкой компанией Magment для тестирования дорог с намагниченным бетоном, которые могут заряжать электромобили во время движения. Об этом проекте Фокус подробно рассказывал здесь. Испытания намагниченного участка дороги уже начались в Западном Лафайетте (США).
«Наряду с IoT и AI, беспроводная передача энергии также является неизбежным технологическим развитием, которое человечество испытает на совершенно новом уровне в ближайшие годы», — резюмирует автор.
Ранее мы сообщали о том, что японские ученые сконструировали комнату, которая заряжает попавшие в нее гаджеты.
Эмрод против технологии беспроводной передачи энергии дальнего действия Теслы
Мы в Emrod вдохновлены работой Николы Теслы и его мечтой о беспроводной энергетической системе. Хотя ему не удалось конкретно реализовать свое видение, он подал идею, которая захватила воображение многих людей, в том числе и нашего.
Нас часто спрашивают о разнице между технологией беспроводной передачи энергии (WPT) Emrod и Tesla. Наука и технология, лежащие в основе этих двух систем, существенно различаются концептуально и технически. Компания Emrod разработала однонаправленную систему WPT, передающую мощность из одной точной точки в другую. Tesla разрабатывала всенаправленную систему WPT, предназначенную для передачи энергии во всех направлениях через землю.
В этом блоге описывается одно важное техническое различие между этими двумя системами путем сравнения всенаправленной и однонаправленной систем БПЭ.
Эксперимент Николы Теслы по беспроводной передаче энергии на большие расстояния
Пожалуй, самым известным изобретением Николы Теслы была катушка Теслы. Это была первая известная система, которая могла передавать электричество по беспроводной связи. Катушка Тесла представляет собой радиочастотный генератор, который приводит в действие резонансный трансформатор с воздушным сердечником с двойной настройкой для получения высоких напряжений при малых токах. [1] Тесла продемонстрировал способность катушек Теслы передавать энергию на короткие расстояния без соединительного провода.
В 1901 году, после успеха с катушкой Теслы, Никола Тесла начал работать над системой для передачи большего количества электричества на большие расстояния. Он построил Башню Теслы (также известную как Башня Уорденклиф), систему, которая подавала 300 кВт мощности в большую катушку, соединенную с мачтой высотой 200 футов. Наверху мачты находился шар диаметром 3 фута, который резонировал на частоте 150 кГц и распространял энергию во всех направлениях.
Система представляла собой вертикальную катушку Тесла с заземленным основанием.
Теория Теслы заключалась в том, что если он подаст на Землю электрический ток нужной частоты, он сможет использовать то, что, по его мнению, было собственным электрическим зарядом планеты, и заставить его резонировать на частоте, которая будет усиливаться в виде «стоячих волн», которые могут быть прослушиваются в любой точке планеты для запуска устройств или, посредством модуляции, для передачи сигнала. Его система была больше основана на идеях электропроводности и телеграфии 19-го века, а не на более новых теориях воздушных электромагнитных волн, когда электрический заряд проходит через землю и возвращается по воздуху. [2]
Источник: Викисклад.
Нет веских доказательств того, что Башня Теслы успешно передает мощность, достаточную для того, чтобы сделать эту технологию БПЭ дальнего радиуса действия жизнеспособной для предполагаемого применения. Тем не менее, это было важное событие для дальнейшего развития беспроводных технологий.
За столетие, последовавшее за экспериментами Теслы, было сделано много прорывов, и сейчас мы находимся в то время, когда коммерчески жизнеспособные приложения БПЭ дальнего радиуса действия стали реальностью. В Emrod мы разработали коммерчески жизнеспособную систему WPT для беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния и достаточно эффективно, чтобы в определенных случаях использования она могла стать жизнеспособной альтернативой линиям электропередач.
WPT — это большая и широкая область, содержащая множество различных форм технологий и приложений. При рассмотрении или сравнении различных систем, например, систем Эмрода и Теслы, необходимо учитывать большое количество переменных. Мы обращаемся к одной из этих переменных в этом блоге.
Факторы беспроводной системы передачи энергии
Существует множество способов беспроводной передачи энергии, в зависимости от технологии, используемой для создания, отправки и приема передаваемых волн.
Учитывая применение системы беспроводной передачи энергии, необходимо пойти на определенные компромиссы в отношении характеристик системы. Например, длина волны на рабочей частоте, расстояние, на которое передается мощность, количество передаваемой мощности и размеры передатчика и приемника, и это лишь некоторые из них.
Классификация систем БПЭ на всенаправленные и однонаправленные описывает способ передачи микроволн системы БПЭ. Эта классификация помогает объяснить одно важное различие между технологией, разработанной Emrod и Tesla, и другими технологиями WPT.
Сравнение всенаправленных и однонаправленных микроволновых систем БПЭ
Всенаправленный и однонаправленный описывает способ, которым волны посылаются от передающей антенны.
Всенаправленная микроволновая мощность
Всенаправленная беспроводная система передачи энергии обеспечивает беспроводную мощность для нескольких пользователей без точного обнаружения цели.
Передающая антенна посылает энергию одинаково во всех направлениях. Работа Теслы более века назад является первым известным примером всенаправленной системы беспроводной передачи.
Сбор энергии — еще один пример использования всенаправленной системы. В 2017 году Вашингтонский университет разработал телефон без батареи, использующий сбор радиочастот. Телефон питался за счет сбора и преобразования энергии окружающих радиосигналов, передаваемых базовой станцией на расстоянии до 31 фута.
Существующая технология всенаправленной микроволновой мощности может передавать только минимальное количество энергии, а направление передачи нельзя надежно контролировать. Как гласит история, Дж. П. Морган лихо убил идею Теслы о беспроводной энергии, спросив: «Где мне поставить счетчик?».
Однонаправленная микроволновая мощность
Однонаправленная беспроводная передача энергии фокусируется на одной цели, посылая энергию из одного точного места в другое.
Технология Emrod относится к категории однонаправленных БПЭ. Мощность передается напрямую от одной передающей антенны к приемной антенне, как если бы она шла по виртуальному проводу.
Этот тип системы позволяет передавать большие объемы энергии контролируемым и направленным образом, поэтому он подходит в качестве альтернативы линиям электропередач.
Другие примеры применения БПЭ с узким лучом включают питание дронов в полете, питание удаленных населенных пунктов и передачу энергии из космоса на землю. В 1964 и 1968 Уильям С. Браун применил всенаправленный WPT к летающему дрону. Хироси Мацумото успешно привел в действие небольшой самолет в 1992 году. С тех пор было проведено множество успешных экспериментов с различными уровнями мощности, расстояния и эффективности.
Заключение
Беспроводная передача энергии — это обширная область, в которой существует множество различных приложений и технологий. Существуют значительные различия между различными технологиями в этой области, которые необходимо учитывать при сравнении двух систем и их приложений.
Характеристика, которую мы рассмотрели в этой статье, всенаправленная или однонаправленная, описывает, передает ли система мощность без точного обнаружения цели (всенаправленная) или из одной определенной точки в другую (однонаправленная).
Представление Николы Теслы о беспроводной энергии описывается как «собирать и распределять энергию со всего мира с основным использованием для питания изолированных домов». Первоначальная технология, которую он разработал для достижения этой цели, башня Тесла, была всенаправленной системой WPT.
Компания Emrod сосредоточила свои усилия на разработке системы, способной передавать большие объемы энергии на большие расстояния эффективным, надежным, безопасным и коммерчески выгодным способом в качестве альтернативы инфраструктуре линий электропередач. Наша система является однонаправленной и передает мощность по беспроводной сети от передающей антенны к приемной через столбообразный луч со встроенными функциями безопасности. Используя запатентованную релейную технологию, система Emrod способна передавать энергию на огромные расстояния.
Хотя наша технология значительно отличается от того, над чем работал Тесла, мы вдохновлены его работой и разделяем его видение беспроводного будущего. Его изобретения легли в основу многих электронных технологий, которые превратили современное общество в то, чем оно является сегодня, включая технологию беспроводной связи. Он открыл людям возможности мира с беспроводной энергией дальнего действия. Теперь, спустя столетие, это становится реальностью.
Ссылки:
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_coil
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Wardenclyffe_Tower
Изображение героя — By Margaret57WC — собственная работа, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=95678198
Беспроводная энергия Теслы — Научный центр Теслы в Уорденклиффе
Спустя более века после его смерти открытие Теслы беспроводной энергии редко приписывают ему. Томас Эдисон чаще ассоциируется с изобретением электричества; однако его эксперименты потерпели неудачу.
Фактически, переменный ток Теслы оказался более надежным методом проведения электричества.
Вопреки теории, что для проведения электричества необходим контакт металла с металлом, Тесла успешно передавал токи через пластик на короткие расстояния с помощью магнитной индукции. Лаборатория Теслы в Уорденклиффе была его последним местом проведения экспериментов с 185-футовой башней с металлическими решетками, уходящими под землю. Сегодня образ, который приходит на ум, представляет собой электрические болты, отходящие от вершины башни, где катушки обмениваются электрическими токами.
Эксперименты Теслы по беспроводной мощности
В конце 19 века работа Теслы над башней исследовала передачу электроэнергии с использованием радиочастотного резонанса для создания электрической энергии через две катушки для генерации токов высокого напряжения и высокой частоты. В его экспериментах использовались индуктивные и емкостные связи ближнего поля. Индуктивность ближнего поля — это физический уровень беспроводной связи ближнего действия, который передает маломощное нераспространяющееся магнитное поле между устройствами. Емкостные связи передают энергию между двумя сетями, вытесняя токи, создаваемые электрическими полями.
Тесла устроил демонстрацию перед толпой, показывая, как лампы накаливания могут зажигаться без проводов, находясь рядом с катушкой. По мере продвижения своих исследований он тестировал передачу на большие расстояния с использованием LC-цепей.
Тесла продолжил свои исследования по разработке метода передачи на большие расстояния в высокогорном районе Колорадо-Спрингс. Его теория заключалась в том, что воздух низкого давления, присутствующий на высоте 30 000 футов, позволит передавать электроэнергию на гораздо большие расстояния. Он предположил, что может использовать всю планету для проведения электричества, посылая импульсы переменного тока в землю. Наши книги по истории на сегодняшний день не отражают, что ему удалось доказать эту теорию.
Тем не менее, он точно предсказал успех Интернета и сотовых телефонов, работающих на большие расстояния и беспроводную передачу данных.
Он считал, что беспроводная передача может решить множество глобальных проблем, предоставив средства мгновенной связи, «будет сделан большой шаг к объединению и гармоничному существованию различных рас, населяющих земной шар».
Современные применения беспроводной технологии Теслы
Катушка Теслы все еще присутствует в некоторых наших телевизионных и радиопроектах, но не имеет большого практического применения. Однако его метод резонансной индуктивной связи применяется к нашим беспроводным системам ближнего действия.
На пороге предоставления бесплатной энергии для всех исследование Теслы было подавлено влиятельными людьми, которые не хотели, чтобы энергия стала бесплатным товаром. Банкиры отказали Тесле в финансировании, и его теория о передаче вируса по всему миру была осуждена; однако его исследования имели такое значение, что ФБР конфисковало их после его смерти.
Исследования Tesla в области беспроводного питания по-прежнему имеют потенциал для будущих инноваций, поскольку наша технология развивается, чтобы приспособиться к новой технологии искусственного интеллекта.
Добавить комментарий